海洋细菌食性微型异养鞭毛虫的氮再生作用研究

The release of algal available nitrogen by bacterivory of heterotrophic nanoflagellate contributes largely to nitrogen regeneration, which is crucial to the maintenance primary productivity in the sea. However, due to complicated biological interrelationships, multiple nitrogen metabolic pathways and the problem of nitrogen detection by conventional methods in oligotrophic waters, most of our knowledge about nitrogen regeneration by HNF are gained from laboratory studies. The problem is that we have usually found the mismatching of those laboratory results with actual situations in the sea. In order to solve the problem, we aim to develop a novel approach for precise detection of regenerated nitrogen based on nutrient bioassay method with pico-phytoplankton as test organism. On this basis, through the controlled laboratory experiments, we try to study the nitrogen regeneration rate and regeneration in several typical bacteria-feeding HNF and their interrelation to the nitrogen content in bacterial food of HNF. Consequently, we aim to establish the quantitative relationship between HNF nitrogen excretion rate and HNF feeding rate covering a wide range of nitrogen nutrient concentration which represents the natural conditions from eutrophic to oligotrophic sea waters. After that, we will apply the established new methods to study in situ nitrogen regeneration in the sea, and evaluate contribution of HNF in the nitrogen regeneration in typical waters in the China seas. The study will be helpful to enhance our understanding about the role of HNF in marine ecosystems. The results are of significant importance for clarifying the role of HNF in marine nitrogen cycle, and for revealing the coupling effect of marine microbial loop and biogeochemistry.

细菌食性的微型异养鞭毛虫（HNF）是海洋环境中氮营养盐再生的重要贡献者，对海区氮营养盐的补充和初级生产力的维持具有重要的作用。但受到海区复杂的生物间关系、多样的氮代谢途径以及在贫营养海区营养盐常规检测方法阈限偏高等问题的制约，我们对HNF氮再生的认识大多源于实验室的研究结果，而这些结果却常常与海区实际情况不匹配。为了解决这一问题，本项目拟开发基于微微藻Bioassay的再生氮定量检测方法，解决贫营养海区再生氮检测难的问题；在此基础上，通过室内可控实验研究，探索几种典型细菌食性HNF的氮营养盐再生速率和再生效率及其与食物氮含量的关系，建立能表征不同海区的HNF排氮率与摄食率定量关系；并将以上方法应用于海区现场研究，评估HNF氮营养盐再生对海区营养盐补充的贡献。该研究有助于加深人们对海洋HNF生态作用的认识，对于阐明HNF在海洋氮循环中作用，揭示海洋微食物环与生物地球化学耦合作用有重要的意义。

细菌食性的微型异养鞭毛虫（HNF）是海洋环境中氮营养盐再生的重要贡献者，对海区氮营养盐的补充和初级生产力的维持具有重要的作用。但受到海区复杂的生物间关系、多样的氮代谢途径以及在贫营养海区营养盐常规检测方法阈限偏高等问题的制约，我们对HNF氮再生的认识大多源于实验室的研究结果，而这些结果却常常与海区实际情况不匹配。.为了解决这一问题，本研究开发了基于微微藻Bioassay的再生氮定量检测方法，即通过用聚球藻密度增长表征水体AAN浓度。统计检验结果表明，该方法精度高，方法检出限优于传统的化学计量法，对硝氮、氨氮和尿素的检出限分别达到了13 nmol N/L、11 nmol N/L和21 nmol N/L。该方法解决了贫营养海区再生氮检测难的问题，为我们后续开展海区微食物环氮营养盐再生循环作用的研究提供了一项可靠的检测手段，也为下一步开展以聚球藻密度指示自然海区微型鞭毛虫和微微型浮游生物之间氮的再生与利用的研究提供了重要的理论支持。.通过室内可控研究，探索了几种典型细菌食性HNF的氮营养盐再生速率和再生效率及其与食物氮含量的关系。研究发现，HNF氮再生效率受食物浓度的影响大于食物种类，总体表现为随着食物源N浓度的下降，氮再生效率升高。通过实验模拟获得HNF摄食异养细菌和聚球藻的排氨率和摄食率的相关关系，分别为EB=67.31×ln（IB+1）-73.3（R2=0.902）和ES=121.51×ln（IS+1）-14.1（R2=0.887），并将此关系运用到自然海区作为HNF排氨率的估算公式。将以上方法应用于中国近海几个典型海区，研究发现，受海区理化性质的影响，不同海区HNF对该海区氮营养盐的日补充率有着巨大差异，总体表现为HNF对海区氮营养盐的日补充率随着海区溶解性无机氮浓度的升高而降低。.本研究评估了HNF氮营养盐再生作用对海区营养盐补充的贡献。有助于加深人们对海洋HNF生态作用的认识，对于阐明HNF在海洋氮循环中作用，揭示海洋微食物环与生物地球化学耦合作用有重要的意义。